Após mais de cinco anos de desenvolvimento, pesquisadores do Laboratório Nacional de Los Alamos mediram pela primeira vez o entrelaçamento quântico dentro de sólidos — um feito que pode mudar a base experimental da computação e comunicação quântica.
O entrelaçamento quântico é uma ligação inextricável entre partículas quânticas que mantém seus comportamentos correlacionados, mesmo a grandes distâncias. Até agora, as ferramentas experimentais para investigar esse fenômeno eram limitadas. O teste de Bell, por exemplo, é um procedimento usado para determinar se duas partículas estão entrelaçadas. No entanto, descobrir se um material está repleto de partículas entrelaçadas sempre foi um desafio, especialmente considerando a importância desse fenômeno para o desenvolvimento de dispositivos de computação e comunicação quântica.
Allen Scheie, do Laboratório Nacional de Los Alamos, no Novo México, e sua equipe dedicaram anos ao desenvolvimento de uma técnica capaz de realizar essa medição. Segundo Scheie, a técnica já está 100% funcional e agora estão sendo estabelecidos os procedimentos necessários para aplicá-la em diferentes materiais.
A técnica envolve bombardear uma amostra de material com nêutrons, que são então coletados por um detector. Desde a década de 1950, sabe-se que a análise das propriedades desses nêutrons pode revelar o arranjo e comportamento das partículas quânticas dentro do material. Scheie e seus colegas usaram esses dados para calcular a informação quântica de Fisher (QFI), um número que indica o mínimo de partículas quânticas que devem estar entrelaçadas para afetar os nêutrons da maneira detectada.
Os pesquisadores testaram seu método em vários materiais magnéticos, incluindo um cristal composto de potássio, cobre e flúor. Pontus Laurell, membro da equipe na Universidade do Missouri, afirma que os resultados foram comparados com uma simulação computacional do interior quântico do cristal, mostrando uma notável concordância entre as curvas experimentais e teóricas.
Laurell destaca que outros pesquisadores já estudaram a QFI e números semelhantes como potenciais “testemunhas de entrelaçamento”, mas sua equipe é a primeira a estabelecer um método claro, confiável e aplicável para medi-lo. Este desenvolvimento abre portas para testar uma variedade de materiais, inclusive aqueles que poderiam ser usados em novos dispositivos.
Notavelmente, o método da equipe funciona independentemente de já existir um bom modelo matemático para o material e é eficaz mesmo quando as amostras são imperfeitas. Scheie ressalta que essa é a parte mais interessante: “Você pode medir a informação quântica de Fisher não importa o que”. Ele apresentou este trabalho no American Physical Society Global Physics Summit em Denver, Colorado, em 17 de março.
Em breve, a equipe planeja levar sua técnica ao próximo nível, medindo a QFI de um material à medida que ele se aproxima de uma transição de fase – o equivalente quântico do ponto onde a água se torna gelo. Modelos teóricos frequentemente falham ou preveem um aumento dramático no entrelaçamento nesse ponto, o que pode levar a uma descoberta quântica real, segundo Scheie. Para mais detalhes, consulte a New Scientist.
E daí? Medir entrelaçamento em sólidos reais — e não em sistemas isolados de laboratório — é o passo que faltava para testar se materiais do mundo físico podem sustentar computação quântica prática. Isso pode acelerar o desenvolvimento de computadores quânticos e sistemas de comunicação, expandindo nosso entendimento da física quântica e abrindo novas possibilidades para a inovação tecnológica.
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